Fotovoltaico e solare termico Lorena Giordano Ph D

Fotovoltaico e solare termico Lorena Giordano, Ph. D a cura di A cura di

TECNOLOGIE DI CONVERSIONE DELL’ENERGIA SOLARE Irradiazione giornaliera in k. Wh/m 2 FOTOVOLTAICO Conversione di energia solare in energia elettrica attraverso moduli fotovoltaici SOLARE TERMICO Conversione di energia solare in energia termica attraverso collettori solari termici A cura di Fotovoltaico e solare termico 2

SOLARE FOTOVOLTAICO PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO DI UNA CELLA FOTOVOLTAICA SILICIO MONOCRISTALLINO - - - + -+ + - SILICIO POLICRISTALLINO + - contatto posteriore A cura di Fotovoltaico e solare termico 3

SOLARE FOTOVOLTAICO DALLA CELLA AL MODULO FOTOVOLTAICO CELLA: Corrente=3 -4 A, Tensione≈0. 5 V, Pp=1. 5 -2 W Curva caratteristica I-V Curva caratteristica P-V MODULO: Pp=50 -200 W (I=1000 W/m 2 T=25°C) A cura di Fotovoltaico e solare termico 4

SOLARE FOTOVOLTAICO DAL MODULO AL GENERATORE FOTOVOLTAICO MODULO CELLA PANNELLO A cura di Fotovoltaico e solare termico 5

SOLARE FOTOVOLTAICO TIPOLOGIE DI MODULI FOTOVOLTAICI SILICIO MONOCRISTALLINO SILICIO POLICRISTALLINO FILM SOTTILE § cristalli di elevata purezza § wafer da 200 -250 μm § mantenimento delle caratteristiche nel tempo § cristalli di forme ed orientamenti diversi § wafer da 180 -300 μm § minore efficienza A cura di § film da ≈100 μm § a-Si, Cd. Te, Ga. As, CIS, …. Fotovoltaico e solare termico 6

SOLARE FOTOVOLTAICO TIPOLOGIE DI MODULI FOTOVOLTAICI Silicio monocristallino Silicio policristallino Silicio amorfo Arseniuro di gallio Tellururo di Cadmio Diseleniuro di Indio e Rame Rendimento (%) 16 -17 14 -16 7 -8 32. 5 12 -14 14 -16 Area richiesta (m 2/k. W) ≈6 6 -7 13 -14 ≈3 7 -8 6 -7 Vantaggi Svantaggi • Rendimento elevato e stabile • Tecnologia affidabile • Maggiore quantità di energia necessaria per la fabbricazione • Costo inferiore • Fabbricazione più semplice • Ingombro ottimale • Basso costo • Ridotta influenza della temperatura • Resa energetica superiore con radiazione diffusa • Alta resistenza alle alte temperature • Basso costo • Molto stabile • Sensibilità alle impurità nella fabbricazione • Maggiori dimensioni • Costo struttura e tempo di montaggio • Tossicità • Scarsa disponibilità dei materiali • Tossicità A cura di Fotovoltaico e solare termico 7

SOLARE FOTOVOLTAICO TIPOLOGIE DI IMPIANTO FOTOVOLTAICO: GRID-CONNECTED MODULI FOTOVOLTAICI CONTATORE DI PRODUZIONE CONTATORE BIDIREZIONALE INVERTER RETE ELETTRICA ENERGIA PRODOTTA ENERGIA AUTOCONSUMATA CONSUMI DELLE UTENZE ENERGIA PRELEVATA ENERGIA IMMESSA IN RETE A cura di Fotovoltaico e solare termico 8

SOLARE FOTOVOLTAICO TIPOLOGIE DI IMPIANTO FOTOVOLTAICO: OFF-GRID A cura di Fotovoltaico e solare termico 9

SOLARE FOTOVOLTAICO INTEGRAZIONE ARCHITETTONICA DEI MODULI FOTOVOLTAICI IMPIANTO NON INTEGRATO IMPIANTO PARZIALMENTE INTEGRATO IMPIANTO INTEGRATO A cura di Fotovoltaico e solare termico 10

SOLARE FOTOVOLTAICO PRODUCIBILITA’ DELL’IMPIANTO § Radiazione solare incidente § Inclinazione ed orientamento dei moduli fotovoltaici § Eventuale presenza di ombreggiamenti § Prestazioni dei diversi componenti dell’impianto: moduli fotovoltaici, inverter, ecc. Producibilità (k. Wh/k. Wp*anno) NORD 1000 -1100 CENTRO 1200 -1300 SUD 1400 -1500 A cura di Fotovoltaico e solare termico 11

SOLARE TERMICO TIPOLOGIE DI COLLETTORI SOLARI TERMICI Collettori piani Collettori a tubi evacuati Collettori a concentrazione A cura di Fotovoltaico e solare termico 12

SOLARE TERMICO COLLETTORI SOLARI PIANI Copertura vetrata Uscita fluido Ingresso fluido Piastra assorbente Isolante Fascio tubiero Testata A cura di Fotovoltaico e solare termico 13

SOLARE TERMICO COLLETTORI SOLARI PIANI Raggi solari diretti Perdite per convezione Riflessione sull’assorbitore Riflessione sul vetro Irradiazione diffusa Perdite per irraggiamento Assorbimento nel vetro Perdite per conduzione A cura di Calore utile Fotovoltaico e solare termico 14

SOLARE TERMICO COLLETTORI SOLARI A TUBI EVACUATI Testata per la distribuzione e raccolta del fluido termovettore Circuito ad U Specchio riflettore Assorbitore con rivestimento multistrato A cura di Tubo ad intercapedine Fotovoltaico e solare termico 15

SOLARE TERMICO Efficienza (%) EFFICIENZA DEI COLLETTORI SOLARI TERMICI differenza di temperatura collettore-ambiente (°C) A cura di Fotovoltaico e solare termico 16

SOLARE TERMICO COLLETTORI SOLARI TERMICI PIANI E A TUBI EVACUATI 1. Fluido termovettore § acqua+glicole etilenico 2. Applicazioni § produzione di acqua calda sanitaria (30 -50°C) § alimentazione di impianti di riscaldamento a pannelli radianti (40 -50°C) § raffrescamento in abbinamento a macchine frigorifere ad assorbimento o adsorbimento Superficie per ACS (m 2/persona) Superficie per ACS + riscaldamento (m 2/10 m 2 di superficie abitata) NORD 1. 2 0. 7 -0. 9 CENTRO 1. 0 0. 6 -0. 75 SUD 0. 8 0. 5 -0. 65 A cura di Fotovoltaico e solare termico 17

SOLARE TERMICO COMPONENTI DI UN IMPIANTO SOLARE TERMICO ACQUA CALDA SANITARIA COLLETTORE SOLARE CENTRALINA CONTROLLO ∆T=Tcoll -Tacc=5 -8°C POMPA DI CIRCOLAZIONE Tcoll GENERATORE DI CALORE AUSILIARIO Tacc VASO DI ESPANSIONE POMPA DI CIRCOLAZIONE VASO DI ESPANSIONE SERBATOIO DI ACCUMULO ACQUA FREDDA DI RETE A cura di Fotovoltaico e solare termico 18

SOLARE TERMICO TIPOLOGIE DI SERBATOI DI ACCUMULO SERBATOIO A DOPPIO SERPENTINO SERBATOIO CON SCAMBIATORE ESTERNO A cura di Fotovoltaico e solare termico 19

SOLARE TERMICO TIPOLOGIE DI IMPIANTI SOLARI TERMICI Impianto a circolazione naturale Impianto a circolazione forzata A cura di Fotovoltaico e solare termico 20

SOLARE TERMICO COLLETTORI SOLARI A CONCENTRAZIONE Collettore parabolico puntuale Collettore parabolico lineare Ricevitore Collettore a specchi lineari di Fresnel Specchi primari Specchio riflettore Specchio secondario e ricevitore RAPPORTO DI CONCENTRAZIONE: A cura di Fotovoltaico e solare termico 21

SOLARE TERMICO COLLETTORI PARABOLICI LINEARI § C=25 -100 Specchio parabolico § Tmax=290 -550°C § P=10 -200 MW § ηSE≈15% § Sistema di inseguimento= monoassiale Tubo ricevitore A cura di Fotovoltaico e solare termico 22

Lorena Giordano C. R. ENEA Casaccia (Roma) DUEE-SPS-SEI lorena. giordano@enea. it A cura di